JPH0730753B2

JPH0730753B2 - 層流ファン

Info

Publication number: JPH0730753B2
Application number: JP3164966A
Authority: JP
Inventors: ロバートチャールズウィルキンソンフィリップ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-09-11
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1995-04-10
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: US5192183A; EP0474929A1; JPH04234597A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はファンに係り、詳細に
は、層流ファンに係る。

【０００２】

【従来の技術】層流ファンは、一般に流体媒体（液体又
は気体）を推進するために用いられる。特に、低音響フ
ァンノイズが要求されるときに、電気装置を低流且つ高
背圧で強制空冷するのに適する。典型的に、これらのフ
ァンは、間隔を隔てて対向して共通回転軸回りに取り付
けられた、平行する環状又は円錐台ないし円錐形状（fr
usto-conical）エレメントから成るアセンブリを含む。
作動中、アセンブリは、適切なモータによってこの軸の
回りに回転される。流体は、アセンブリ中心部で吸い込
まれ、ディスク表面との粘性相互作用によってディスク
の外縁部方向へ推進され、最終的に、ディスクアセンブ
リ周囲で排除される。

【０００３】ファンエレメントは通常、エレメントを貫
通するボルト又はロッドによって結合される。エレメン
トを相互に平行に維持するのに充分な支持点を提供する
ために、アセンブリの軸回りに角度的に隔てられた少な
くとも３つのボルトが使用される。製造の際、１つのエ
レメントが取付ボルト上へ配置された後、多数のスペー
サ（各ボルトにつき１つ）が配置され、次に、次のエレ
メント等が配置される。全てのエレメント及びスペーサ
が正しく配置されると、各取付ボルトへ対応するナット
を固定することによってアセンブリは結合される。

【０００４】上記の方法は、時間を浪費すると共に、高
価である。各エレメント及びスペーサのセットを正確に
配置するためには、いくつかの複雑なプロセス工程が要
求され、多数の小さい構成要素が必要とされる。

【０００５】英国特許第２１２６６５３号には、この方
法の進展が記載されている。ここでは、第１工程で適切
なジグを用いて、要求される間隔を隔てた関係に、ファ
ンエレメントを仮に保持する。各エレメントには複数の
孔が備えられる。これらの孔は、エレメントがジグで保
持されるときに、他のエレメントの孔と位置合わせされ
る。次に、らせん状の溝付チューブ又はロッドが孔に挿
入され、各エレメントを順に貫通する。溝付チューブ
は、孔の周囲を固定して、要求される関係にディスクを
厳密に保持するために配設される。この方法では、スペ
ーサは必要とされない。

【０００６】上記２つの方法の問題点は、取付ボルト、
チューブ又はロッドがファンエレメントの”活性領域
（active area ）”を貫通することである。これは空気
流に乱流を生じさせるので、ファン効率が低下すると共
に、ファンノイズが増大する。ファンエレメント間にス
ペーサが使用されるとき、乱流に関する問題はより悪化
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記先行技術の問題点を解決すると共に、製造コス
トの低減、及び製造プロセスで必要な別の構成要素の数
を減少させることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明が提供する層流ファンは、それぞれが中央開
孔を有する複数のファンエレメントと、位置合わせされ
た各エレメントの開孔を貫通する支持部材とを含む層流
ファンにおいて、第１の定位置から第２の定位置へ支持
部材をエレメントに関して相対回転させることによっ
て、支持部材が各エレメントの開孔縁部へ固定されるこ
とを特徴とし、これによって、支持部材とエレメントと
を第２の相対定位置に保持するものである。

【０００９】本発明に従う層流ファンは、非常に容易に
組立可能であり、ファンエレメントを支持部材へ取り付
けるために、１つの簡単な回転操作のみが必要とされ
る。

【００１０】支持部材は、支持部材の軸の回り、中央開
孔の中心部の回り、又は他の適切な軸の回りに回転可能
であることは、認識されるであろう。支持部材を固定し
てエレメントを回転することが、エレメントを固定位置
に維持しながら支持部材を回転することと等価であるこ
とは明らかである。

【００１１】ファンエレメント同士を隔てるためにスペ
ーサを使用することもできる。しかしながら、その代わ
りに、間隔を隔てた関係にファンエレメントを配置及び
保持するために、支持部材が位置決めスロットを含む方
が好ましい。この場合には、スペーサは必要とされな
い。これは、ファンを製造するために使用される別の構
成要素を減少すると共に、ファン作動中の乱流を減少す
ることにもなる。

【００１２】支持部材をエレメントへ固定する手段は、
多数の異なる型を取り得る。例えば、支持部材上に弾性
的に取付られたもどり止めは、エレメントの対応するく
ぼみと係合する。又は、第１の定位置から第２の定位置
への回転によって支持部材が開孔縁部の１箇所以上へ押
圧されるように、支持部材が貫通する開孔が形成され
る。そして、支持部材及びエレメントは、摩擦相互作用
によって第２の定位置に保持されるが、切欠き開孔が使
用されるのが好ましい。この構造において第１から第２
の相対定位置への回転が実行されると、支持部材は、対
応する開孔の局部的狭所を通過して、開孔縁部の切欠き
内へ押入される。この構造は、ファン組立中に、支持部
材及びエレメントに一時的に応力がかかるにもかかわら
ず、支持部材が対応する切欠きへ一度据付けられると、
もはや応力がかからないように設計されている。

【００１３】ファン製造の過程で要求される異なる構成
要素の数を減少するために、ファンエレメントは相互に
同一であることが好ましい。しかしながら、異なるサイ
ズ又は形状のエレメントから、又は非同一の開孔を有す
るエレメントから、本発明に従ってファンを構成するこ
とは可能である。

【００１４】支持部材は、ロッド、チューブ、バー、フ
レーム又は適切な形状を有するものである。しかし、支
持部材が細長い、空気力学的断面を有することが好まし
い。この型の支持部材は、ファン作動中支持部材を通過
する流体の流れの方向に沿って、個々に方向付けられ
る。またこれは、ファン作動中に流体の乱流を減少させ
ることができる。

【００１５】支持部材は、ファンエレメントの専用の締
付け開孔を貫通してもよいが、支持部材が、各エレメン
トの中央開孔を貫通することが好ましい。中央開孔を締
付け開孔として使用することによって、支持部材がエレ
メントを通過する流体の流れを妨げるという問題が軽減
される。従って、乱流及びファンノイズが減少し、ファ
ンの効率が増大する。この場合、明らかに、非円形中央
開孔が必要とされる。

【００１６】本発明の好ましい実施例では、複数の支持
部材が使用される。これらは、特定のファンエレメント
又はファンモータ・ハウジングのような共通下部構造体
に取付られることが好ましい。更に、支持部材アセンブ
リを強化するために、支柱（bracing ）が使用される。
これら部材のそれぞれは、個々の開孔へ固定されるが、
（乱流を減少させ、製造の簡便性を向上するためには）
複数の部材全てが、中央開孔のような共通開孔へ固定さ
れることが好ましい。また、この状態では、中央開孔は
非円形でなければならない。

【００１７】最後に、多くの異なる形状のファンエレメ
ントが使用可能であるが、回転対称性を有するエレメン
トを使用することが有利である。作動中、このようなエ
レメントは、非回転対称性エレメントよりも乱流が少な
い。特に、環状又は円錐台ないし円錐形状エレメントが
使用されることが好ましい。本発明の好ましい実施例に
おいては、環状エレメントが使用されている。

【００１８】本発明が完全に理解されるように、その好
ましい実施例が、以下に単に例示として図面を参照しな
がら記載されている。

【００１９】

【実施例】図１及び図２を参照すると、先行技術の層流
ファンで使用されているファンエレメント・アセンブリ
が、略断面図及び平面図でそれぞれ示されている。それ
ぞれが中央開孔を有する複数のエレメント１０は、相互
に間隔を隔てた関係で共通回転軸２０の回りに保持され
ている。

【００２０】図１及び図２において、ファンエレメント
は、環状ディスクであるとして示されているが、この記
載は円錐台ないし円錐形状及び他の形状のエレメントへ
も同等に適用可能である。ディスクは一般にプラスチッ
ク材料から約１mmの厚さで製造され、空気を推進するた
めに使用されるファンでは、典型的に０．５〜３mm間隔
で隔てられている。しかしながら、ファン構成要素及び
スペーサの寸法は全て、ファンから要求される性能と推
進される流体の物理特性（特に粘性）とに依存するもの
である。

【００２１】これらのディスクは、各ディスクを貫通す
るボルト３０によって一体に保持され、対応するナット
４０によって固定される。各ディスクの間にはスペーサ
５０が配置される。非開孔ディスク６０は、作動時には
モータ（図示せず）によって駆動されるドライブ・シャ
フト７０へ取付られる。この方法では、完成したディス
クアセンブリは軸２０の回りに回転される。空気を推進
するために使用されるときのこの型のファンの典型的作
動速度は、１分間に数１００回転からおそらく３０００
回転までの間である。

【００２２】図３は、上記の先行技術のディスクアセン
ブリの構成における１つの段階を示す。図示された段階
では、非開孔ディスク６０がボルト３０上に配置された
後、スペーサ５０の１セットが配置されている。次に開
孔ディスク１０が配置され、さらにスペーサ５０のセッ
ト、次のディスク１０等が配置される。これが時間を浪
費するプロセスであり、多数の小さい複雑な構成要素を
必要とすることは、明らかである。

【００２３】図４を参照すると、本発明に従うファンで
使用されるファンエレメントの１つの具体例が示されて
いる。図示されたエレメントは、環状ディスク２００で
あるが、円錐台ないし円錐形状又は他の形状のエレメン
トが使用されてもよい。

【００２４】ディスク２００の中央開孔２１０は計画的
に、円形ではなく、突出（lobed ）形状を有している。
明確にするために、図中では、突出部が誇張されて示さ
れている。

【００２５】非円形開孔の目的は、以下の通りである。
開孔の形状は、図４左側に示されるような第１の定位置
２３０において、ディスク２００が複数の支持柱２２０
に渡って配置されるのに充分な隙間２０５が存在するよ
うに形成されている。ディスク２００が第２の定位置２
４０へ回転されると（図４右側）、開孔縁部と支持柱と
の隙間は、支持柱が開孔縁部に押圧されるまで小さくな
る。回転は定位置２４０に到達するまで継続され、この
とき支持柱は、開孔縁部の切欠き２５０と係合する。そ
して、ディスクは定位置２４０に確実に保持される。

【００２６】ディスクが定位置２４０へ回転されると、
ディスクは局部的に、支持柱間の間隔よりも狭くなる
（図４右側の領域２３５）ことが理解される。従って、
柱及び／又はディスクは、この回転段階で一時的に変形
される。この一時的な変形は、柱及びディスクの材料に
弾性又は変形可能な材料を使用することによって可能と
なる。柱がその対応する切欠き２５０へ一度収容される
と、この変形は、大きく減少するか、又は解除される。
ディスクをより堅固に定位置に保持するために、構造に
僅かな変形又は応力を保持することは有利である。

【００２７】図４に示された例では、支持柱は１２０度
離れて配設されている。ディスク２００は、第１の定位
置２３０で支持柱に渡って配置され、次に６０度回転さ
れて第２の定位置２４０になる。そして、支持柱と噛み
合う切欠き２５０によって第２の定位置２４０に保持さ
れる。

【００２８】図５は、本発明に従うファンの製造におけ
る１つの段階の斜視図を示す。適切なジグ（図示せず）
によってディスクが適切な間隔を隔てた関係で仮に保持
されると共に、全てのディスク開孔２１０が位置合わせ
されたディスクアセンブリ２００が示されている。更
に、非開孔ディスク２６０（図１〜図３のディスク６０
に対応する）には、１２０度間隔で３つの支持柱が取付
られている。積層ディスク２００及びディスク２６０
は、ディスク２６０に取付られた支持柱が第１の定位置
２３０（図４左側）に対応する位置で開孔２１０内へ配
置されるように、１つづつ積み重ねて提供される。支持
柱は積層ディスク２００内へ完全に挿入され、次に積層
ディスクが支持柱２６０に関して６０度回転され、図４
右側の第２の定位置２４０に対応する相対位置になる。
ディスクは支持柱と係合する切欠き２５０によってこの
位置にロックされる。そして、仮の保持手段が除去され
る。

【００２９】図５には、支持柱が、その長さに沿って配
設されたガイドスロット２７０と共に示されている。こ
れらのスロットは、望ましい間隔を隔てた関係にエレメ
ントを保持するために、ファンエレメントを案内する。
ガイドスロット２７０を使用することによって、ファン
製造の際、スペーサが必要無くなった。

【００３０】従って、図４及び図５に関して記載された
ファン製造段階が、対応する前述の先行技術プロセスよ
りも遙かに簡便であることが理解される。新しいファン
の製造は、自動化に役立つ。特に、積層ディスクが一時
的ジグに一度保持されると、１つの簡単な操作で、ロボ
ットアームが、支持柱の取り付けられたディスク２６０
を運搬し、積層ディスク内にディスク２６０を挿入し、
積層ディスクに関してディスク２６０を６０度回転させ
ることができる。次にジグが解除されて、完全なディス
クアセンブリが製造の次段階へ運ばれる。

【００３１】支持柱がディスクの活性領域外にあるとい
う事実は、流体の乱流及びディスクノイズを減少させ
る。図６に示されるように、好ましい形状の支持柱を使
用することによって乱流は更に減少される。支持柱３０
０は、細長い断面を有すると共に空流方向３１０（ディ
スクの作動が回転方向３２０で与えられるとき）に従う
形状の翼状部材である。流体の流れの妨害を最小限にす
るための最適形状は、既知のコンピュータ・モデリング
技術によって決定される。

【００３２】図７は、ファンエレメントの中央開孔の他
の形状として多数の可能性の内の１つを示す。この図で
は、開孔３４０は、３つの局部的に狭まった領域３５０
を除いて実質的に円形であるとして示されている。これ
らの領域は上記のように切り欠れたものである。

【００３３】図８は、本発明に従う完成層流ファン４０
０の略図を示す。ファンは支持柱２２０に取付られた多
数のディスク２００を含む。ディスク及び柱アセンブリ
は、入口開孔４４０及び出口開孔４５０を有する渦巻き
ケース４３０によって包囲されている。入口開孔４４０
は、流体がディスクアセンブリの中央部を下方に通過で
きるように配置されている。その後、流体は、出口開孔
４５０から排出される前に、ディスクアセンブリの周囲
へ推進される。ファンがどんな適用に使用されるかによ
って、本発明のファンがケース４３０を含んでもよい
し、含まなくてもよいことは、認識されるであろう。モ
ータ４６０は、シャフト４７０を介してディスクを駆動
するために提供される。

【００３４】本発明は、特定の実施例に関して記載され
たが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形が
もたらされ得ることは、当業者によって認識されるであ
ろう。

【００３５】

【発明の効果】以上記載されたように、本発明の層流フ
ァンは、流体の乱流及びファンノイズが減少されたの
で、ファン効率が向上した。また、本発明の層流ファン
の製造方法は、従来の方法と比較して簡便であり、製造
コストが低減されると共に、自動化にも役立つものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術で知られている層流ファンエレメント
のアセンブリの略断面図を示す。

【図２】図１の先行技術ファンエレメント・アセンブリ
の平面図を示す。

【図３】図１及び図２の先行技術ファンエレメント・ア
センブリの構成における１つの段階を示す。

【図４】本発明に従うファンエレメントの中央開孔を示
す。

【図５】本発明に従うファンで使用するためのエレメン
トのアセンブリ製造における１つの段階の斜視図を示
す。

【図６】図５に示されたファンエレメントのアセンブリ
で使用するための支持柱を示す。

【図７】ファンエレメント開孔の別の形状を示す。

【図８】本発明に従う層流ファンの略図を示す。

【符号の説明】２００ファンエレメント２１０中央開孔２２０支持部材２３０第１の定位置２４０第２の定位置２５０切欠き２７０位置決めスロット４００層流ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央開孔（２１０）をそれぞれが有する
複数のファンエレメント（２００）と、位置合わせされ
た各エレメントの開孔を貫通する支持部材（２２０）と
を含む層流ファン（４００）において、第１の定位置
（２３０）から第２の定位置（２４０）へ支持部材（２
２０）をエレメント（２００）に関して相対回転させる
ことによって、支持部材（２２０）を各エレメントの開
孔縁部へ固定し、支持部材とエレメントとを第２の相対
定位置（２４０）に保持する層流ファン（４００）。
【請求項２】支持部材（２２０）が、ファンエレメン
ト（２００）を間隔を隔てた関係に配置し且つ保持する
ための位置決めスロット（２７０）を含む請求項１記載
の層流ファン（４００）。
【請求項３】支持部材が貫通する開孔が、支持部材と
エレメント（２００）とが第２の相対定位置（２４０）
にあるときに支持部材（２２０）が係合される１つ以上
の切欠き（２５０）を含む請求項１又は請求項２記載の
層流ファン（４００）。
【請求項４】支持部材（２２０）が、ファン作動中に
支持部材を通過する流体の流れの方向と実質的に位置合
わせされた細長い断面を有する請求項１、請求項２又は
請求項３記載の層流ファン（４００）。
【請求項５】各エレメントの中央開孔が非円形である
と共に、支持部材が貫通する開孔が中央開孔である請求
項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の層流ファ
ン（４００）。
【請求項６】複数の支持部材（２２０）が共通下部構
造体（２６０）へ固定された請求項１から請求項４のい
ずれかに記載の層流ファン（４００）。
【請求項７】複数の支持部材が、各エレメントの共通
開孔を貫通すると共に固定する請求項６記載の層流ファ
ン（４００）。
【請求項８】各エレメントの中央開孔が非円形である
と共に、共通開孔が各エレメントの中央開孔である請求
項７記載の層流ファン（４００）。
【請求項９】エレメント（２００）の形状が実質的に
環状である請求項１から請求項８のいずれかに記載の層
流ファン（４００）。
【請求項１０】エレメント（２００）の形状が実質的
に円錐台ないし円錐形状である請求項１から請求項８の
いずれかに記載の層流ファン（４００）。